DE2262629C3

DE2262629C3 - Circuit arrangement for constant control of the brightness of a pulse-operated gas discharge lamp

Info

Publication number: DE2262629C3
Application number: DE19722262629
Authority: DE
Inventors: Helmut 6480 Waechtersbach Vogel
Original assignee: Siegfried Theimer GmbH
Current assignee: Siegfried Theimer GmbH
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2262629A1; DE2262629B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Konstantregelung der Helligkeit einer impulsbeiriebenen Gasentladungslampe über steuerbare Halbleiterschaltelemente. insbesondere für ein Reprographie-Belichtungsgerät, mil einem Streufeldtransformator, einem zu dessen Ausgang parallelgüschalietcn Arbeitskondensator, welcher nach einer Ladephase im Verlauf einer gegenüber der Ladephase kürzeren Entladephase die Lampe speist.The present invention relates to a circuit arrangement for constant control of the brightness a pulse-operated gas discharge lamp via controllable semiconductor switching elements. especially for a reprographic exposure device with a stray field transformer, one to the output parallelgüschalietcn working capacitor, which after a Charging phase feeds the lamp in the course of a shorter discharge phase compared to the charging phase.

Die Helligkeitssteuerung oder -konstanthaltung von Gasentladungslampen mit Hilfe von steuerbaren Halbleiterschaltelementen ist an sich bekannt. So ist /.. B. aus der US-Patentschrift 37 00 962 eine gleichstrombetriebene Lampe bekannt, in deren Speiseschaltung ein Triac geschaltet ist, dessen Phasenanschnittswinkel den Strom in der gesamten Schaltungsanordnung bestimmt.Controlling or maintaining the brightness of gas discharge lamps with the aid of controllable semiconductor switching elements is known per se. Thus, / .. example from US Patent 37 00 962, a DC-powered lamp is known, a triac is connected in the supply circuit, the phase angle determines the current in the entire circuit arrangement.

Aus der britischen Patentschrift 12 08 9J6 ist bekannt, eine Gasentladungslampe direkt mit Netzstrom zu betreiben und im Speisekreis einen Triac vorzusehen, dessen Zündwinkel im Sinne einer Konstanthaltung des Stroms beeinflußt wird.From British patent specification 12 08 9J6 it is known to operate a gas discharge lamp directly with mains current and to provide a triac in the supply circuit, whose ignition angle is influenced in the sense of keeping the current constant.

Auch aus der deutschen Offenlegungsschrift 17 64 334 und der deutschen Patentschrift 15 89 280 sind noch Anordnungen bekaivnt, bei denen der direkt eine Gasentladungslampe durchfließende Strom von einem Triac geregelt wird.Also from German laid-open specification 17 64 334 and German patent specification 15 89 280 arrangements are still known in which the current flowing directly through a gas discharge lamp is from controlled by a triac.

Die vorstehend beschriebenen bekannten Ausbildungen haben gegenüber der eingangs umrissenen Anordnung den Nachteil eines geringeren Wirkungsgrades. Vorliegend gehl es um impulsbetriebene Gasentladungslampen, deren grundsätzliche Schallungsanordnung aus der US-Patentschrift 29 38 149 bekannt ist. Hierbei ist der die Lampe speisende Strom nicht in erster Linie ein unmittelbar vom Netz bzw. vom Transformator her fließender Strom, sondern die gesamte nutzbare Speisung der Entladungslampe erfolgt in der Weise, daß zunächst ein Arbeitskondensator vom Netz her aufgeladen wird und sich dann über eine sättigbare Drossel, wenn diese in die Sättigung gerät, auf die Lamrte entlädt Da die Lichtausbeute einer Entladungslampe stark überproportional mit der Stromstärke verknüpft ist, ergibt sich dadurch ein wesentlicher Vorteil für die Lichiausbeute, da der Strom zunächst gespeichert wird und dann mit hoher Stärke die Lampe beaufschlagt The known designs described above have the arrangement outlined at the outset the disadvantage of lower efficiency. The present case concerns pulse-operated gas discharge lamps, whose basic formwork arrangement is known from US Pat. No. 2,938,149. In this case, the current feeding the lamp is not primarily a direct current from the mains or from the transformer flowing current, but the entire usable supply of the discharge lamp takes place in the Way that first a working capacitor is charged from the network and then via a saturable one Throttle, when this gets into saturation, on the lamrte discharges Since the light output of a discharge lamp is strongly disproportionately linked to the current intensity is, there is a significant advantage for the Lichia yield, since the electricity is initially stored is and then applied to the lamp with high strength

Kennzeichnend für den Betrieb dieser impulsbetriebenen Gasentladungslampen ist, daß der Stromverlauf durch die Lampe während einer Netzschwingungsperiode jeweils nur kurze Zeitspannen in großer Intensität andauert und während der übrigen Zeiten kein wesentlicher Strom fließt.Characteristic for the operation of this pulse-operated Gas discharge lamps mean that the current flow through the lamp during a mains oscillation period in each case only lasts for short periods of time with great intensity and during the remaining periods of time it is not essential Electricity flows.

Das Problem der Helligkeitsregelung bzw. -konstanthaltung von solchen impulsbetriebenen Gasentladungs lampen ist noch nicht befriedigend gelöst. Die oben bc schriebenen, mit Triacs arbeitenden Regelungsariordnungen für Gasentladungslampen lassen sich nicht ohne weiteres für impulsbetriebene Gasentladungslampen anwenden.The problem of brightness control or keeping constant of such pulse-operated gas discharges lamps has not yet been solved satisfactorily. The control arrangements that work with triacs, described above for gas discharge lamps cannot easily be used for pulse-operated gas discharge lamps use.

Ein aus der US-Patentschrift 35 24 102, insbesondere Fig. 7, bekanntgewordener Versuch dieser Art sieht dabei vor, den 7'riac in den Stromkreis der Lampe zu schallen. Eine praktische Verbreitung hat diese bekannte Anordnung jedoch nicht gefunden, da die Betriebssicherheit unzureichend ist. Bei der großen Flankensteilheit der die Lumpe speisenden Wechselspannung ist keine zuverlässige Phasenanschnittssteucrung möglich. Weitere Versuche, eine Helligkeitsregelung bzw. -konstanthaltung bei impulsbetriebenen Lampen der gattungsmäßigen Bauart zu erzielen, basieren dann auch nicht auf der Verwendung von Triacs, sondern es wird, wie z. B. gemäß US-Patentschrift 31 74 076, vcr sucht, die Helligkeit beeinflussende Spannungsschwanklingen des Netzes dadurch auszugleichen, daß die Induktivität der Sekundärwicklung des Transformaturs und die Kapazität des Arbeitskondensators so gewählt werden, daß diese einen Schwingkreis mit einer mit der Netzfrequenz übereinstimmenden Resonanzfrequenz bilden.One from US Pat. No. 3,524,102, in particular Fig. 7, an experiment of this type that has become known, provides for the 7'riac to be placed in the circuit of the lamp sound. However, this known arrangement has not found widespread use because of the operational safety is insufficient. With the large edge steepness of the alternating voltage feeding the pump is no reliable phase angle control possible. Further attempts to regulate the brightness or -to achieve constant maintenance in pulse-operated lamps of the generic design, are then based also not on the use of triacs, but it will, such as. According to US Pat. No. 3,174,076, vcr seeks to compensate for the voltage fluctuations in the network that affect the brightness by increasing the inductance the secondary winding of the transformer and the capacitance of the working capacitor are chosen that this is a resonant circuit with a resonance frequency that corresponds to the mains frequency form.

Abgesehen davon, daß die Messungen nicht bestäti gen, daß bei Befolgung dieser Dimensionierungsregel Netzspannungsschwankungen keinen Einfluß mehr oder nur noch einen reduzierten Einfluß auf die Licht-Apart from the fact that the measurements do not confirm that if this dimensioning rule is followed Mains voltage fluctuations no longer have an influence or only a reduced influence on the light

so leistung haben, wäre diese bekannte Anordnung auch nicht in der Lage, andere Ursachen für ein Nachlassen der Lichtleistung auszugleichen. Außerdem gibt es keine Möglichkeit, die Helligkeit der Lampe einzustellen, was für viele Anwendungsfälle wünschenswert sein kann.this well-known arrangement would be so powerful unable to compensate for other causes of deterioration in light output. Besides, there aren't any Ability to adjust the brightness of the lamp, which may be desirable for many applications can.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es mithin, eine Schaltungsanordnung zur Konstantregelung der Helligkeit einer Gasentladungslampe aufzuzeigen, mit der alle die Helligkeit beeinflussenden Faktoren, insbesondere also Spannungsschwankungen des Speisenetzes, Alterung der Entladungslampe, Verschmutzen derselben usw., erfaßt werden können, und die bei impulsbetriebenen Lampen einwandfreie Ergebnisse erzielen läßt.The object of the present invention is therefore to provide a circuit arrangement for constant control of the To show the brightness of a gas discharge lamp, with all the factors influencing the brightness, in particular i.e. voltage fluctuations in the supply network, aging of the discharge lamp, contamination of the same etc., and which produce satisfactory results with pulsed lamps leaves.

Ausgehend von einer Ausbildung der eingangs umriss, . ricn Art, wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß im Ladekreis des Arbeitskondensators ein Halbleiterschalter vorgesehenBased on an education outlined at the beginning. ricn Art, according to the invention is used to solve this problem proposed that a semiconductor switch be provided in the charging circuit of the working capacitor

ist. dessen Zündwinke] von einer ein lichtempfindliches Element aufweisenden Steuereinheit auf Konstanthaltung der Lichtleistung der Gasentladungslampe geregelt wird.is. its ignition angle] from a light-sensitive one Element having control unit regulated to keep the light output of the gas discharge lamp constant will.

Da die Helligkeit jeder Entladung in der Gasentladungslampe im wesentlichen von der im Arheitskondensator gespeicherten Ladung abhängt und diese durch den Halbleiterschalter beeinflußbar ist. gelingt es auf diese Weise, eine konstante Lichtleistung der Anlage unabhängig von allen genannten Störgrößen zu verwirklichen. Because the brightness of each discharge in the gas discharge lamp essentially depends on the charge stored in the Arheitskondensers and this can be influenced by the semiconductor switch. In this way it is possible to achieve a constant light output of the system to be realized independently of all the disturbance variables mentioned.

Eine wesentliche Ausgestaltung dieses Vorschlags ist es hierbei, parallel zum Halbleiterschalter einen Widerstand anzuordnen, der als Dämpfungswiderstand Resonanzerscheinungen verhindert, die sonst zum Flakkern oder zum Erlöschen der Lampe führen könnten.An essential embodiment of this proposal is to arrange a resistor in parallel with the semiconductor switch which, as a damping resistor, prevents resonance phenomena which could otherwise lead to flaking or the lamp going out.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist das Schaltungsprinzip gezeigtThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the drawing is the circuit principle shown

Zur Schaltung gehört ein Streufeldtransformator 1, der Arbeitskondensator 2 und die Gasentladungslampe 3. z. B. eine Xenon-Lampe. Die beiden letztgenannten Bestandteile liegen parallel zum Ausgang des Streufeldtransformators, wobei zwischen Transformator t und Arbeitskondensator 2 der Halbleiterschalter 4 und zwischen Arbeitskondensator 2 und Gasentladungslampe 3 die Sättigungsdrossel 5 geschaltet ist.The circuit includes a stray field transformer 1, the working capacitor 2 and the gas discharge lamp 3. z. B. a xenon lamp. The latter two components are parallel to the output of the leakage field transformer, wherein between the transformer t and the working capacitor 2 of the semiconductor switch 4 and the saturation choke 5 is connected between the working capacitor 2 and the gas discharge lamp 3.

Der Halbleiterschalter 4 besteht im wesentlichen aus den gegeneinander geschalteten Thyristoren 6, deren Zündelektroden an die Steuereinheit 7 angeschlossen sind. Parallel zu den Thyristoren 6 liegt der Dämpfungswiderstand 8. Zur Steuereinheit 7 gehört ein lichtempfindliches Element 9, z. B. eine Fotozelle, die im Strahlungsbereich der Gasentladungslampe 3 untergebracht ist.The semiconductor switch 4 consists essentially of the thyristors 6 connected against one another, whose Ignition electrodes are connected to the control unit 7. The damping resistor is parallel to the thyristors 6 8. The control unit 7 includes a photosensitive element 9, e.g. B. a photocell that is im Radiation area of the gas discharge lamp 3 is housed.

Weiterhin ist eine Steuermöglichkeit vorgesehen, die als Einstellwiderstand 10 angedeutet ist.
Parallel zur Gasentladungslampe 3 liegt noch eine Starteinrichtung, die die bis zur Zündung derselben erforderlichen höhergespannten Impulse liefert Diese Starteinrichtung besteht aus. dem Starigerät II, welches hochfrequente Spannungsimpulsc (in der Größcn-Ordnung von 100 kHz) erzeugt und auf die Primärwicklung eines Impulstransformators 12 gibt Dessen Sekundärwicklung liegt in Serie mit einem Koppelkondensator 13 und beide parallel zur Gasentladungslampe. Die Kapazität des Koppelkondcnsators ist so gewählt, daßFurthermore, a control option is provided, which is indicated as a setting resistor 10.
In parallel with the gas discharge lamp 3 there is also a starter device which supplies the higher-voltage pulses required until it is ignited. This starter device consists of. the starter device II, which generates high-frequency voltage pulses (of the order of magnitude of 100 kHz) and sends them to the primary winding of a pulse transformer 12, whose secondary winding is in series with a coupling capacitor 13 and both parallel to the gas discharge lamp. The capacitance of the coupling capacitor is chosen so that

ij er für die im Normalbetrieb an der Lampe liegende Netzfrequenz trennend wirki, während die Energie der hochfrequenien Star'.impulse zur Lampe gelangen kann.ij he for the one lying on the lamp during normal operation Mains frequency separating, while the energy of the high-frequency star impulses reach the lamp can.

Im Betrieb gestattet es der erfindungsgemäß vorgeschene Halbleiterschalter 4, die Ladezeit des Arbeitskondensators 2 und damit dessen Ladezustand /u beeinflussen, von dem wiederum die Helligkeit der Gasentladung in Lampe 3 abhängt. Dabei regelt die Steuereinrichtung 7 den Zündwinkel der Thyristoren 6 derart.During operation, the semiconductor switch 4 provided in accordance with the invention allows the charging time of the working capacitor 2 and thus its state of charge / u to be influenced, on which in turn the brightness of the gas discharge in lamp 3 depends. The control device 7 regulates the ignition angle of the thyristors 6 in this way.

daß die durch die Fotozelle 9 gemessene Lichtlcistung konstant bleibt. Die gewünschte, konstant zu haltende Lichileistung kann durch Betätigung des Einstellers JO verändert werden.that the light output measured by the photocell 9 remains constant. The one you want to keep constant The light output can be changed by actuating the JO adjuster.

Mittels des Dampfungswiderstandes 8 werden unerwünschte Resonan/crscheinungen im Kreis Sekundärwicklung des Streufeldtransformators I — Arbeitskondensator 2 verhindert, die zu Flackern und Erlöschen der Lampe führen könnten.By means of the damping resistor 8, undesired resonance effects in the secondary winding circuit of the leakage field transformer I - working capacitor 2 prevents the flickering and going out the lamp.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for constant control of the brightness of a pulse-operated gas discharge lamp via controllable semiconductor switching elements, especially for a reprographic exposure device, with a stray field transformer, a working capacitor connected in parallel to its output, which, after a charging phase, feeds the lamp during a discharge phase which is shorter than the charging phase, characterized in that, that a semiconductor switch (4) is provided in the charging circuit of the working capacitor (2) whose ignition angle is controlled by a control unit having a light-sensitive element (9) (7) is regulated to keep the light output of the gas discharge lamp (3) constant.

2. Circuit arrangement according to claim I. characterized in that the control unit (7) a setting resistor (10) for specifying a constant light output of the gas discharge lamp (3).

3. Circuit arrangement according to the preceding claims, characterized in that the Semiconductor switch (4) made up of two interconnected Thyristors (6).

4. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that that a damping resistor (8) is connected in parallel to the semiconductor switch.